【京东】高效开发与设计：提效Spring应用的运行效率和生产力

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导读

随着Java开发者社区对Spring框架的深入使用，我们越来越认识到在大型应用中，启动速度和性能优化的重要性。本文将深入探讨如何通过专业分析和优化技术，显著提升Spring应用程序的启动速度和运行性能，解决了开发过程中的效率瓶颈和线上服务的快速扩容需求。

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引言

在今年的敏捷团队建设中，我通过Suite执行器实现了一键自动化单元测试。Juint除了Suite执行器还有哪些执行器呢？由此我的Runner探索之旅开始了！

•Arthas：Arthas是一个开源的Java诊断工具，可以实时监控和诊断Java应用程序。它提供了丰富的命令和功能，用于分析应用程序的性能问题，包括启动过程中的资源消耗和加载时间。

•JVM Sandbox：JVM Sandbox是一种基于Java安全管理器的技术，用于隔离和限制Java应用程序的访问权限。它可以帮助减少启动时的资源消耗和加载时间，提高应用程序的启动速度。

•Async Profiler：Async Profiler是一个低开销的异步Java性能分析工具，用于收集和分析应用程序的性能数据。它可以帮助你找出启动过程中的性能瓶颈，以及其他影响启动速度的问题。

•启动加速-异步初始化方法：异步初始化方法是一种启动加速的技术，通过将一些初始化任务异步执行，可以减少启动时间并提高应用程序的响应性。这可以通过使用线程池、异步框架或异步注解等方式来实现。

•Spring Boot Startup Report：Spring Boot Startup Report是一个用于生成Spring Boot应用程序启动报告的工具。它可以提供详细的启动过程信息，包括每个bean的加载时间、自动配置的耗时等，帮助你分析和优化启动过程。

•Jaeger UI：Jaeger UI是一个用于可视化和分析分布式追踪数据的工具。通过使用Jaeger UI，你可以监控和分析应用程序的启动过程，识别潜在的性能问题和瓶颈。

•Spring Startup Analyzer：Spring Startup Analyzer是一个用于采集Spring应用程序启动过程数据并生成交互式分析报告的工具。它的目标是帮助分析Spring应用程序的启动卡点，并支持Spring Bean的异步初始化，以减少优化Spring应用程序的启动时间。该工具支持在Linux、Mac和Windows操作系统上运行，并参考了spring-boot-startup-report实现其用户界面。使用Spring Startup Analyzer，可以收集应用程序的启动过程数据，并生成可视化的HTML报告。这个报告可以帮助你分析Spring应用程序的启动性能，并找出潜在的优化机会。

启动概览

•Startup Time(s)：启动时长

•Num of Bean：初始化的Bean数量

•Used/Total Jars：使用Jar数量/总量

•Unused/Total Jars：未使用Jar数量/总量

•ClassLoader Count：类加载器数量

Spring Bean初始化详情

•Name：一级name对应着Bean的名称

•Duration with children (ms) ：Bean的引用加载时长

•Duration (ms) ：Bean本身的加载时长

•Detail：包含类加载器、加载该Bean的线程信息（异步加载的话会有多个不同的）

SpringBean 加载耗时 timeline 可视化分析

这个观察项可以一直下探，直到Bean引用的最末级，可以看出每一级的加载时长

应用启动过程线程wall clock火焰图

如何看懂火焰图

y 轴表示调用栈，每一层都是一个函数。调用栈越深，火焰就越高，顶部就是正在执行的函数，下方都是它的父函数。

x 轴表示抽样数，如果一个函数在 x 轴占据的宽度越宽，就表示它被抽到的次数多，即执行的时间长。注意，x 轴不代表时间，而是所有的调用栈合并后，按字母顺序排列的。

火焰图就是看顶层的哪个函数占据的宽度最大。只要有"平顶"（plateaus），就表示该函数可能存在性能问题。

颜色没有特殊含义，因为火焰图表示的是 CPU 的繁忙程度，所以一般选择暖色调。

火焰图总览

从总览图中可以看出，有三个入口函数占用百分比较大，下面分别看一下。

火焰局部图1

这部分火焰图可以看出，springfox在启动过程做了很多初始化，占了大量时间，对于不需要该功能的项目，可以直接下掉。

火焰局部图2

spring bean 的初始化过程

从这个图中可以看出，bean的创建过程也占了很多时间。

火焰局部图3

从这个图中可以看出，注册BeanPostProcessor也耗费了大量时间。

应用未加载的jar包(Jar瘦身)

这一个观察项可以搜集到项目启动完之后，没有用到的Jar包。

操作步骤和配置项

安装Spring Startup Analyzer

手动安装

1. 点击realease下载最新版tar.gz包新建文件夹，并解压
2. linux/mac系统可以考虑使用以下命令：

mkdir -p ${HOME}/spring-startup-analyzercd 下载路径tar -zxvf spring-startup-analyzer.tar.gz -C 安装路径/spring-startup-annalyzer

脚本安装(linux/mac)

curl -sS https://raw.githubusercontent.com/linyimin0812/spring-startup-analyzer/main/bin/install.sh | sh

脚本默认安装路径：$HOME/spring-startup-analyzer

应用启动

spring-startup-analyzer是以agent的方式启动的，所以在启动命令中添加参数-javaagent:安装路径/spring-startup-analyzer/lib/spring-profiler-agent.jar即可。

•以java命令行的方式启动应用，则在命令行中添加参数，例如：

java -javaagent:/Users/runner/spring-startup-analyzer/lib/spring-profiler-agent.jar     -Dproject.name=mac-demo     -Dspring-startup-analyzer.admin.http.server.port=8066     -jar /Users/runner/spring-startup-analyzer/ARK.jar

•IDEA中启动，则需要在VM options选项中添加：

日志文件路径：安装路径/spring-startup-analyzer/logs

•startup.log: 启动过程中的日志

•transform.log: 被re-transform的类/方法信息

应用启动完成后会在console和startup.log文件中输出======= spring-startup-analyzer finished, click http://localhost:xxxx to visit details. ======，可以通过此输出来判断采集是否完成。

启动时间和性能改善情况

优化之前

预发平均启动10分钟，本地无法启动，每次需求需要提交到预发环境验证，开发和发版周期比较长，且预发环境连接的生产库，不能随便造数。项目引用585个jar，其中有337个jar没用到。

慢bean分析

分析可以看到，耗时排名前面的接口都是jsf相关的加载，还有一个es相关的bean。

功能路径：

Details of Method Invoke --> AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBean

jsf启动优化

注：index=“注册中心地址”中的“注册中心地址“做了匿名，在具体场景查看自己代码中的配置

jsf的生产者的注册中心在启动的时候，会拉取一批ip，不断尝试注册jsf，在办公环境这些ip无法访问，导致启动过程一直重试

 <!-- 预发、生产的注册中心 -->    <jsf:registry id="jsfRegistry" protocol="jsfRegistry" index="注册中心地址"/>

在本机host里面增加jsf发布地址的host配置,下面*.*.*.* 在使用的时候替换成自己的，可以 ping test.注册中心地址 获取。“注册中心地址” 替换成上面index后面的地址

*.*.*.* 注册中心地址

再次启动项目，时长来到185s

开启Bean懒加载

将ES的Bean初始化进行懒加载，以及开启全局懒加载，时长来到131s；

全局懒加载：

1.根据spring版本的不同，开启全局懒加载的方式可能会不相同

2.不建议生产环境开启全局懒加载，因为基本上我们的服务都是部署在k8s上的，有可能服务在伸缩的时候，在访问量大的时候，由于懒加载的配置，服务快速启动成功了，会返回给docker容器服务已经准备就绪状态，导致k8s把流量分给该服务，导致预想不到的问题。

Jar瘦身

对于应用未使用的jar包，可以谨慎剔除，在剔除的时候一个一个下，每下一个都要重复编译和启动验证是否会对项目造成影响，这是一个持续和长期的过程，Jar瘦身不仅对启动时长有收益，而且对编译提效很明显，减少了大量的Jar复制过程。

最终效果

做完上述优化之后：

•本地能够启动和debug项目，这对开发人员来说有极大的提效。

•预发使用该方案进行优化之后，能够缩短项目编译以及发布的时间，对于快速验证和迭代需求有极大提效。

•整体启动效率提升70%~80%。

•在intel芯片电脑，启动速度在2min11s。

•在m1芯片的电脑，速度会更快，大概启动时间在90s左右。

•使用该思路，可以优化大部分spring以及spring boot项目，建议定期做一轮这种排查和优化。

•去除未使用的jar包：定位未使用的jar包。通过分析和整理项目依赖，可以将这些未使用的jar包从应用中移除，减少编译、启动时间和资源消耗。

•优化慢速的Bean初始化：找到启动耗时较长的Bean。可以考虑对这些接口和Bean进行优化，例如使用延迟加载或异步加载的方式，以减少启动时的耗时。

•取消不需要的发布：对于本地开发环境而言，如果不需要发布jsf接口，可以在本地取消这部分的发布，以节省启动时间。

•开启全局懒加载：通过开启全局懒加载，可以延迟加载一些不必要的组件和资源，从而减少启动时间。确保在需要使用时才进行加载。

•拆分大型组件：定位加载时间较长的组件，可以考虑将其拆分成多个组件，并在启动时只加载需要的部分。这样可以减少启动时的加载时间和资源消耗。

•使用性能分析工具：结合之前提到的性能分析工具，如Spring Startup Analyzer、Java Profiler、VisualVM等，对应用进行性能分析。通过监测和分析应用的性能数据，可以找到性能瓶颈，并针对性地进行优化。

•定期进行代码优化和重构：定期审查和优化代码，识别和消除潜在的性能问题。使用优化的算法和数据结构，减少不必要的计算和循环，优化数据库查询等，以提高应用的性能。

•使用缓存机制：合理地使用缓存来减少对数据库或其他资源的频繁访问。通过缓存常用数据或计算结果，可以显著提升应用的响应速度和性能。

•并行化处理：如果有一些独立的任务可以并行处理，可以考虑使用多线程或异步机制来提高处理速度和效率。

信息补充

oracle jdk8下载地址

https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/#java8-mac

本地redis安装

https://redis.io/docs/install/install-redis/install-redis-on-windows/

spring-startup-analyzer启动分析工具

https://github.com/linyimin0812/spring-startup-analyzer/blob/main/README_ZH.md

▪功能支撑：会员成长体系、等级计算策略、权益体系、营销底层能力支持

▪用户活跃：会员关怀、用户触达、活跃活动、业务线交叉获客、拉新促活

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